一种电网地下管线设施安全预警监测装置

汤亚俊++车敏++潘国君

摘 要：为了保障电网地下管线设施安全运行，保证电网地下管线设施本体不受外力破坏而设计了一种电网地下管线设施安全预警监测装置。通过监测神经网单元监测入侵振动和入侵噪声振动，并将振动信号传递给铺设在其上面的传输感知光缆。安全预警监测系统主机通过激光器发激光，激光通过放大器放大后传输进传输感知光缆，激光在传输感知光缆传输过程中携带振动信号（波形变化及变化的时间）回传到安全预警监测系统的接收机，接收机将收到的激光传给激光器进行二次放大并传输给光电转换设备；光电转换设备将光信号转换成电信号，并传递给安全预警监测系统主机的CPU进行数据对比分析，并对电网地下管线设施进行破坏的事件以及可能会对电网地下管线设施产生破坏的信息通过主机内的通讯模块进行远程告警上报，同时可远程打开主机内的视频模块监视现场的情况，也可通过报警模块对现场破坏行为进行警告。

关键词：电网地下管线设施；安全预警监测装置；外力入侵破坏；自适应滤波算法

中图分类号：TM774 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.098

电网地下管线设施在城市建设中应用非常广泛，但是由于电网地下管线设施敷设路径长、范围广，管理人员很难全方位对电网地下管线设施进行管理，电网地下管线设施的防外力入侵破坏实际上处于一种被动地位；同时城市改造建设不断加快，土建施工很容易对电网地下管线设施造成外力入侵破坏，电网地下管线设施在防止外力入侵破坏方面管理难度非常大。保证电网地下管线设施本体不受外力入侵破坏，在电网地下管线设施安全运行上显得尤为重要。目前，很多产品一般在外力入侵破坏发生后才报警，并不能有效预防这种入侵破坏的发生。此时，电网地下管线设施管理需更加电子化、制度化、智能化，以提高电网地下管线设施在防外力入侵破坏工作方面的管理水平。

1 硬件构成

装置硬件结构如图1所示。

本装置主要包含振动监测神经网单元、传输感知光缆、安全预警监测系统主机和现场智能巡检手持终端。安全预警监测系统主机包含电源管理模块、存储模块、报警模块、通讯模块、GPS定位模块、CPU中央处理器模块、视频监控模块和激光发收、放大和转换模块。

2 软件系统设计

当电网地下管线设施受到外力入侵破坏时，激光在传输感知光缆传输过程中携带振动信号（波形变化及变化的时间）回传到安全预警监测系统的接收机；接收机将收到的激光传给激光器进行二次放大并传输给光电转换设备，光电转换设备将光信号转换成电信号数据流。这一过程所运用的是自适应滤波算法。

根据自适应算法的优化准则的不同，自适应滤波算法可分为最小均方（LMS）算法和递推最小二乘（RLS）算法2类最基本的算法。为了解决传统LMS算法存在的梯度噪声放大问题，以及为克服常规的固定步长LMS自适应算法在收敛速率、跟踪速率与权失调噪声之间的要求上存在的较大矛盾，许多学者研究出了各种各样的改进型LMS算法，比如归一化LMS算法、基于瞬变步长LMS自适应滤波算法以及基于离散小波变换的LMS自适应滤波算法等。

算法实现的主要步骤为：①数据采集与生成，取d（n）、x（n）；②对参数的初始化；③自适应的滤波处理；④滤波器系数更新。

数据流滤波后，由CPU中央处理模块对比分析入侵破坏振动源和振动地点，打开视频监控模块进行现场图像信息采集，将现场视频或图片信息保存至存储模块，同时通过通讯模块中的FDD/TD-LTE模块将告警信息短信发送至相关工作人员，从而达到快速、准确告警的目的。工作人员收到短信后可通过智能手机客户端APP实时喊话，及时制止现场的破坏行为。

现场巡检手持终端主要由智能手机和智能手机客户端APP组成。在电网地下管线设施安全巡检工作人员在现场进行巡线检测或发生外力入侵破坏时，可远距离无接触式地读取防外力入侵破坏系统信息，包含图像、视频、报警门限、报警次数及历史报警记录等，便于选线人员在现场快速、准确地了解当前点的信息。

3 现场使用场景

现场使用场景如图2所示。

为了解决电网地下管线设施安全监测路径长和精确定位入侵破坏等问题，将装置安装在电力变电所的通信機房或网管机房，通过横向或者纵向铺设在距离土壤中的电网地下管线设施顶端或侧面1 m以外的振动监测神经网单元来感知工程机械的入侵破坏振动和入侵噪声振动，振动监测神经网单元通过传输感知光缆将振动信号转换成光信号，并通过激光携带传输到安全预警监测装置。当振源波形超过安全预警监测装置所设置的报警门限后，安全预警监测装置会将报警信息传输至服务器，从而起到提前预警和远程告警作用。

4 总结

本电网地下管线设施安全预警监测装置的提前预警功能和精确定位功能，可精确定位到关键区域线路的状态，对外力入侵破坏行为进行提前预警，使关键区段线路巡视的工作效率提升；电网地下管线设施安全预警监测装置可提高电力电缆管理效率，监控平台可以实时显示电力电缆外力破坏并保存记录，节约工作记录本、设备资料、复印等费用，大大节约办公费用；通过全天候对视频监控系统实时分析的方式，在线预警线路走廊附近的施工状况，对大型施工机械违章超高作业行为实时抓拍照片，即时自动播报语音提示信息，以短信的方式将告警信息发送至线路维护单位相关负责人和领导手机上，同时也可在监控中心借助实时语音喊话喇叭，及时制止危险作业；可以解决视频技术的遮挡难点，准确地发现并定位外力破坏；一套设备可监测40 km范围内的外力入侵破坏，极大地节约投入和维护成本。

参考文献

[1]孟昭勇，梁军，李仁俊，等.一种多功能电力监控装置的研究[J].电力系统保护与控制，1998（3）：27-30.

[2]张伟，焦卫东，钱苏翔.一种多通道噪声与振动信号联合采集装置[J].仪表技术与传感器，2007（10）：41-43.

[3]中华人民共和国公安部.GB 50116—98 火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，1998.

〔编辑：刘晓芳〕